МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
Кафедра ХТС
Лабораторна робота №2
на тему:
“ВИЗНАЧЕННЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО КОЕФІЦІЄНТА
ЛІНІЙНОГО РОЗШИРЕННЯ СКЛА І КЕРАМІКИ
ДИЛАТОМЕТРИЧНИМ МЕТОДОМ”
Метою даної роботи є визначення теплового коефіцієнта лінійного розширення (ТКЛР) скла і кераміки дилатометричним методом.
1. Теоретична частина
Термічне розширення – одна з найважливіших властивостей матеріалів.
Скло та кераміка, як і більшість матеріалів, під час нагрівання змінюють свої лінійні розміри та об‘єм.
Визначення точної величини температурного коефіцієнта лінійного розширення (ТКЛР) скляних і керамічних виробів має велике практичне значення. У таких областях, як електровакуумна і емалювальна промисловості, виробництво накладних скляних виробів, полив‘яної кераміки і взагалі там, де застосовуються спаї або міцні з‘єднання різних видів скла з металами, керамікою та іншими матеріалами, без знання температурних залежностей їх розширення неможливо забезпечити конструювання, виробництво і експлуатацію таких виробів. Надійність спаїв скла з іншими матеріалами визначається тим, наскільки близькі значення ТКЛР з‘єднаних матеріалів. Враховуючи, що ТКЛР в значній мірі визначає термічну стійкість скла, він має важливе значення у тих випадках, коли скляні вироби в процесі експлуатації слід раптово охолоджувати чи нагрівати. Крім цього, температурна залежність розширення скла є важливою величиною для характеристики його структури.
Температурний коефіцієнт лінійного розширення скла залежить від хімічного складу, “теплового минулого” і температурного інтервалу нагріву. ТКЛР кварцового скла складає 5·10-7 град-1. При введенні оксидів-модифікаторів його величина зростає, для листового скла вона складає 90·10-7 град-1.
У бінарних лужно-силікатних склах при підвищенні молярної долі лужного компоненту від 0 до 33 ТКЛР збільшується, що обумовлюється зменшенням ступеня зв’язаності кремнекисневого каркасу, а також утворенням в системі менш міцних зв’язків Si-O-Me порівняно з Si-O-Si. При збільшенні іонного радіусу катіона лужного металу в ряді Li-Na-K ТКЛР зростає. Двовалентні іони лужноземельних металів у бінарних системах збільшують ТКЛР в значно меншій мірі. За ефективністю збільшення ТКЛР лужноземельні метали розташовуються в ряд Be→Mg→Ca→Ba
При введенні в скло багатозарядних іонів типу Fe (III), La, Ge, B, Al, Zr ТКЛР зменшується. Проте вплив цих іонів на ТКЛР безлужного скла може бути прямопротилежним.
У деяких випадках ТКЛР залежить від координаційного стану окремих іонів (зокрема, іонів бору, алюмінію).
Для визначення ТКЛР використовують як прямі (дилатометричний), так і побічні (подвійної нитки, «кільця», поляризаційно-оптичний) методи.
Температурний коефіцієнт лінійного розширення визначають дилатометричним методом згідно з ГОСТ 10978-83. У більшості лабораторій використовують кварцові дилатометри типу ДКВ.
Метод подвійної нитки широко використовують на заводах електровакуумного скла для поточного контролю ТКЛР (ОСТ 16.0.800.356-76), а «кільця» – на заводах скляного посуду.
Знання точної величини термічного розширення керамічних і вогнетривких матеріалів має велике значення, зокрема, при виборі поливи для керамічних мас, для оцінки термічної стійкості, для розрахунку пічних конструкцій.
Міцне зчеплення поливи з керамічним каменем не може бути досягнуте одним прилипанням. Будь-яка полива в момент топлення повинна вступати у взаємодію з керамічним підкладом, утворюючи перехідний шар, який і забезпечує їх з’єднання. Однак утворення перехідного шару недостатнє для утворення міцного зчеплення між поливою і черепком. Часто полива відшаровується від черепка або покривається сіткою волосяних тріщин. Обидва дефекти викликані невідповідністю коефіцієнтів термічного розширення поливи (ТКЛРп) і керамічного каменя (ТКЛРк). Якщо ТКЛРк ( ТКЛРп, то під час охолодження керамічний камінь стискається менше, ніж полива, внаслідок чого вона знаходиться в стані напруг розтягу і розриваєт...
